基于可視化分析技術(shù)的220 kV輸變電工程選線方案可行性研究

姜興強(qiáng)，陸肖霞，郭瑤琴

（1.嘉興市自然資源和規(guī)劃局，浙江 嘉興314000；2.嘉興市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 嘉興314000）

電力是關(guān)系國計(jì)民生、國家安全戰(zhàn)略、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，加快高壓電網(wǎng)的選線選址、鋪設(shè)更加合理的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)成了一項(xiàng)重要工作。為使輸變電工程達(dá)到預(yù)期效益，在施工前需對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行整體的可行性研究[1]。傳統(tǒng)的可行性研究多是基于設(shè)計(jì)方案，采用現(xiàn)場調(diào)查、實(shí)地踏勘等方式，制約因素多[2]。隨著無人機(jī)等高新技術(shù)的發(fā)展，有些地方已經(jīng)采用高清影像[3]或者高清影像與DEM相結(jié)合[4]的方式來進(jìn)行研究，但由于不能準(zhǔn)確獲取房屋、樹木等地表物體的高程，影響對拆遷量的統(tǒng)計(jì)及路徑的選擇判斷。以嘉興市某220 kV 輸變電工程為例，從當(dāng)前輸電工程項(xiàng)目可研前期的工作內(nèi)容與要求出發(fā)，整合各相關(guān)部門的現(xiàn)狀、規(guī)劃數(shù)據(jù)，提出了基于GIS 可視化分析技術(shù)的研究方法，對其中的建設(shè)目標(biāo)、總體框架、功能模塊及關(guān)鍵技術(shù)等進(jìn)行了深入研究，得到直觀、形象的可視化分析結(jié)果，為輸變電工程選線選方案設(shè)計(jì)、規(guī)劃實(shí)施提供了重要參考依據(jù)。

1 項(xiàng)目概況

2 技術(shù)路線

本研究通過整合各部門信息資源，以數(shù)據(jù)為核心，利用數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析技術(shù)與GIS技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，基于無人機(jī)航攝技術(shù)、傾斜攝影實(shí)景三維技術(shù)，對輸變電工程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可視化分析，其研究總體流程如圖1所示。

圖1 研究總體流程圖

近年來，嘉興地區(qū)保持較快發(fā)展，經(jīng)濟(jì)總量不斷擴(kuò)大。隨著當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，用電負(fù)荷需求不斷增大。目前電力設(shè)施已無法滿足其東南部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要，亟須建設(shè)一個(gè)220 kV輸變電工程提供主供電源，改善該區(qū)域用電狀況。本文選擇該輸變電工程的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可行性研究。

2.1 前期準(zhǔn)備

根據(jù)研究內(nèi)容獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)：規(guī)劃數(shù)據(jù)、電力設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、專題數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和攝影測量數(shù)據(jù)等，如圖2所示。

2.2 傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取

圖2 電力專題數(shù)據(jù)庫

本研究采用多旋翼無人機(jī)搭載高分辨率鏡頭在保證下視航向重疊度在80%以上、旁向重疊度在80%以上、像片旋偏角不大于15°的情況下，獲取了1 個(gè)垂直、4 個(gè)傾斜共5 個(gè)不同角度的地面分辨率為5 cm 多視角多方位高分辨率影像，并運(yùn)用Smart3DCapture 強(qiáng)大的基于圖像密集匹配技術(shù)的快速三維場景運(yùn)算功能，進(jìn)行傾斜攝影空中三角測量解算、進(jìn)行地面景物的逼真實(shí)景真三維重構(gòu)，最終得到全要素的三維數(shù)字模型及場景模型[5][6][7]。傾斜攝影數(shù)據(jù)處理及成果制作工藝流程如圖3、圖4 所示：

圖3 傾斜攝影數(shù)據(jù)獲取及處理流程

圖4 三維模型自動(dòng)生產(chǎn)流程

對于本研究大范圍海量傾斜攝影數(shù)據(jù)，須對其進(jìn)行切塊分割，按照設(shè)置的優(yōu)先等級(jí)對分割的區(qū)塊內(nèi)的密集點(diǎn)云構(gòu)建不規(guī)則三角網(wǎng)TIN，通過軟件自動(dòng)賦予紋理，最后輸出模型清晰逼真的三維數(shù)據(jù)[8-11]。

2.3 可視化數(shù)據(jù)分析平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

電力可視化數(shù)據(jù)分析平臺(tái)，是以電力設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)和傾斜攝影數(shù)據(jù)等為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)集成技術(shù)轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，具有多種數(shù)據(jù)分析模塊，可使用可視化技術(shù)發(fā)掘出隱藏信息的平臺(tái)如圖5 所示，其設(shè)計(jì)框架如圖6所示。

圖5 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

圖6 平臺(tái)設(shè)計(jì)框架

3 可視化分析

3.1 擬建線路周圍用地情況

利用平臺(tái)數(shù)據(jù)管理、疊加分析、緩沖區(qū)分析、空間計(jì)算等功能可以清晰的了解擬建線路與用地現(xiàn)狀的關(guān)系如圖7 所示，并統(tǒng)計(jì)其影響范圍內(nèi)各用地類型的面積及占比情況如表1所示。

圖7 擬建線路與用地現(xiàn)狀關(guān)系情況

3.2 電力系統(tǒng)分析

擬建電力設(shè)施是現(xiàn)有電力系統(tǒng)的補(bǔ)充與強(qiáng)化，必須充分考慮現(xiàn)狀電力系統(tǒng)的布局和線路排布，確保擬建輸變電設(shè)施布局合理、線路交跨安全、與已有線路和諧。

圖8 擬建線路與現(xiàn)狀電力管線位置情況

表1 影響范圍內(nèi)各用地類型面積及占比情況

3.2.1 與現(xiàn)狀電力管線關(guān)系

與現(xiàn)狀高壓線路情況如圖8所示。

通過疊加分析、碰撞分析等功能可以詳細(xì)了解線路中哪些部分與現(xiàn)狀高壓線路存在相交角度小于45°、哪些電力線段存在并行及哪些擬建鐵塔與現(xiàn)狀高壓線距離較近等問題，其中具體情況如表2所示。

表2 擬建線路與現(xiàn)有高壓線的問題情況

3.2.2 與規(guī)劃電力管線關(guān)系

利用平臺(tái)可以詳細(xì)了解擬建線路與規(guī)劃電力管線關(guān)系如圖9 所示，其中擬建方案一、方案二借用了規(guī)劃中原有的220 kV電力規(guī)劃管線（紅色線段）。

3.3 道路、水系條件分析

3 個(gè)方案跨越高速與等級(jí)道路、大型河流的位置情況如圖10所示。

利用二三維一體化、空間查詢與量算、顯示表達(dá)、凈距分析等功能可以清晰的知道哪些線路鐵塔布設(shè)需要微調(diào)，哪些線路在跨越高速時(shí)高度不足。為后期合理規(guī)劃線路路徑跨越位置提供依據(jù)，有利于跨越塔架立和放線施工，有效控制工程投資造價(jià)。

圖9 擬建線路借用已有規(guī)劃高壓線的情況

圖10 擬建線路跨越現(xiàn)有等級(jí)道路與大型河流情況

3.4 軌道交通分析

3 個(gè)方案與規(guī)劃中的軌道交通線路均有多處相交，除了在現(xiàn)狀軌道交通中解決相交處的高度等問題之外，也要同時(shí)兼顧軌道交通的規(guī)劃部分，避免擬建線路與規(guī)劃軌道交通的矛盾。

3.5 引水工程分析

通過分析研究可詳細(xì)了解擬建線路與引水工程線路位置情況如圖11所示，為后期與專業(yè)部門溝通提供依據(jù)，避免與引水工程管線之間的矛盾。圖中藍(lán)色線路為引水工程，其中綠色段為兩條線路的相交段。

圖11 擬建線路與引水工程線路相交情況

3.6 居民地建筑影響分析

通過平臺(tái)疊置分析、周邊查詢、目標(biāo)管理、符號(hào)化、屬性查詢等功能可分析線路影響現(xiàn)有住宅情況，為后期盡量避免房屋稠密地區(qū)，減少征遷數(shù)量提供可視化依據(jù)。并可根據(jù)填挖方分析等技術(shù)來估算影響面積大小如表3所示。

3.7 燃?xì)夤芫€分析

通過可視化分析可清晰的了解線路與現(xiàn)狀燃?xì)夤芫€的位置關(guān)系，為后期高壓輸電線與油氣管線保持安全距離，避免相交，保證燃?xì)夤芫€的安全運(yùn)行提供依據(jù)。

3.8 廣告牌分析

通過平臺(tái)分析線路跟廣告牌的位置關(guān)系，來研究設(shè)計(jì)方案中現(xiàn)有廣告牌是否在高壓輸電線的安全距離之內(nèi)，以及在強(qiáng)風(fēng)影響下廣告牌是否會(huì)對高壓線路產(chǎn)生影響。

3.9 文物保護(hù)情況分析

通過可視化分析來研究影響范圍內(nèi)有無文保單位，對線路選線及實(shí)施是否沒有影響，來保護(hù)嘉興文物古跡，傳承文化特色。

表3 擬建線路控制范圍內(nèi)居民地建筑面積統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

本研究采用包括相交分析、疊加分析、碰撞分析、填挖方分析、凈距分析、數(shù)據(jù)管理、線路模擬等多種分析技術(shù)，將二維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、現(xiàn)狀數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、三維實(shí)景等引入到電力工程項(xiàng)目之中，實(shí)現(xiàn)了電力信息結(jié)合航拍影像的三維動(dòng)態(tài)顯示和數(shù)字化管理，為用戶提供了信息的瀏覽、查詢、分析等功能，具有直觀、易操作等優(yōu)點(diǎn)，有效減少了現(xiàn)場調(diào)查時(shí)對隱蔽問題的發(fā)現(xiàn)與識(shí)別，從而大大提高規(guī)劃決策的效率與質(zhì)量。依托于可視化技術(shù)，本研究針對于影響因子的評(píng)估給出了一系列的空間分析、可視化分析的技術(shù)方法與技術(shù)依據(jù)，通過方法與指標(biāo)的結(jié)合，快速得出各類影響因子對于電力工程的影響。

經(jīng)過本次可視化分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：該設(shè)計(jì)方案在設(shè)計(jì)過程中嚴(yán)格按照國家電網(wǎng)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和嘉興市的“三沿三避”（沿河、沿路、沿廊道；避鄉(xiāng)鎮(zhèn)、避村莊、避規(guī)劃）原則，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案實(shí)施的可行性；該選線基本符合總體規(guī)劃、城鄉(xiāng)用地規(guī)劃、土地利用規(guī)劃和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)總規(guī)中的用地條件，少數(shù)線段仍需要深入探討研究；該設(shè)計(jì)方案拆遷能夠控制在預(yù)期范圍內(nèi)，盡量減少征遷數(shù)量。